單塊晶體集成的Crossbar網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計與制作.pdf

1、信息化時代的今天,隨著人們對信息需求的與日俱增,建立高速信息處理系統(tǒng)變得十分迫切。由于傳統(tǒng)的電互連網(wǎng)絡(luò)存在帶寬受限、串?dāng)_嚴(yán)重、功耗過高等問題,人們開始探索新的技術(shù)以提高互連帶寬,降低通訊延時。光互連作為一種新的互連方式,具有帶寬高、功耗低、延遲小、抗干擾能力強(qiáng)等許多電互連不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。目前,自由空間傳輸?shù)墓鈱W(xué)互連網(wǎng)絡(luò)是國際上主要的研究方向之一。但是,由于光通信中應(yīng)用的光交換互連網(wǎng)絡(luò)多是由分立的元件組成的,存在著插入損耗大、不易安裝校準(zhǔn)

2、、易受環(huán)境影響等缺點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中受到很大程度上的限制。因此,本課題組一直致力于光學(xué)互連網(wǎng)絡(luò)的集成化研究。本論文在“單塊晶體集成的N×N縱橫開關(guān)網(wǎng)絡(luò)及其控制算法”的基礎(chǔ)上,對單塊晶體集成的Crossbar網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,具體內(nèi)容包括:
　　 1.分析了單塊晶體集成的Crossbar網(wǎng)絡(luò)的原理:利用晶體的雙折射和全內(nèi)雙反射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)相鄰兩級開關(guān)級之間的互連,利用晶體的線性電光效應(yīng)來控制開關(guān)的工作狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能。分別介紹了

3、兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):垂直入射結(jié)構(gòu)和傾斜入射結(jié)構(gòu)。
　　 2.根據(jù)晶體尺寸和器件實(shí)際應(yīng)用需求,分別對兩種結(jié)構(gòu)的Crossbar網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。對于垂直入射結(jié)構(gòu),討論了網(wǎng)絡(luò)尺寸與通道間距、半波電壓、通道數(shù)目、晶體結(jié)構(gòu)和尺寸之間的關(guān)系,得出光軸與反射面夾角θ的取值范圍為35°<θ<45°。對于傾斜入射結(jié)構(gòu),討論了網(wǎng)絡(luò)尺寸與半波電壓、入射o光通道和e光通道的夾角Δoe、o光通道間距、e光通道間距、通道數(shù)目、晶體結(jié)構(gòu)和尺寸之間的關(guān)系,同時考

4、慮了菲涅耳反射損耗,得出光軸與反射面夾角θ的取值范圍為35°<θ<45°、輸入面與反射面的夾角γ的取值范圍為γ≈θ、o光入射角｜αoi｜的取值范圍為-5°<αoi<5°。
　　 3.用LiNbO3晶體制作了一個垂直入射結(jié)構(gòu)的3×3Crossbar網(wǎng)絡(luò)。晶體尺寸為16mm×61mm×1mm,θ角為35°,電極尺寸為1mm×16mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:通過控制開關(guān)狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)任意輸入與輸出之間的互連,網(wǎng)絡(luò)損耗為40％,串?dāng)_為-14dB